ANTIBIOTICE CU SPECTRU LARG

ANTIBIOTICE CU SPECTRU LARG

Sunt un grup de substante de natura organica care rezulta din metabolismul celulelor sau pot fi obtinute prin sinteza si semisinteza care in concentratii foarte mici au proprietati de a opri dezvoltarea si chiar de a distruge unele organisme.

Aceasta definitie nu este unanim admisa si este considerata provizorie restrangand natura termenului de AB la substanta capabila sa distruga segmentul patogen, sa inhibe cresterea de celule vii sau obtinute prin sinteza (cloramfenicol).

Ele nu sunt incluse in definitie chiar daca sunt obtinute prin sinteza pentru ca sunt produse de celule vii:

Antibiotice-antibioza = imposibilitatea existentei si dezvoltarii simultane s.i asociate a doua sau mai multor organisme in aceleasi conditii.

Unele organisme, pot secreta substante toxice pentru altele (antibiotice)AB au fost descoperite de Alexandru - Fleming care este considerat parintele erei antibioticelor.

Se pot dasifica dupa doua criterii :

• dupa structura
• dupa activitate

* Dupa structura sunt:

1. In functie de elementele constitutive

AB care contin COH

AB care contin C, O, H, N

AB care contin C, O, H, N si alte elemente

2. In functie de structura de baza :

AB cu structura aciclica

AB cu structura ciclina

AB cu structura cromatica

AB cu structura heterociclica

AB cu structura dinamica

AB cu structura peptifica

AB cu structura neelucidate

*Dupa activitate sunt:

AB cu spectru larg

AB cu spectru specific

AB cu spectru relativ larg

In 1929 Alexandru Fleming a observat pe o placa continand medii de cultura insamantate cu stafilococi, contaminand accidental la mucegai, ca in jurul coloniilor de mucegai, coloniile de stafilococ au fost legate. Fleming a presupus ca aceasta este urmarea unei substante produse de colonia de mucegai. Izolat si cultivat acest mucegai la identificat ulterior ca fiind o tulpina de penicillinum notatum si a pus in evidenta faptul ca lichidul de cultura are efect antibacterian fata de o mare varietate de bacili gram pozitivi. Utilizarea ei a fost mai tarzie in 1941.

S-a constatat ca si alte specii de penicillinum sunt producatoare de penicilina:

-cultura de penicillinum citogenum

-cultura de oenicillinum citozozeum

-culturi de penicillinum rubrum

Precum si alte specii de Aspercillinus :

-Aspetgillius gigantes

-Aspergillius gloucus

Structura lor a fost pusa in evidenta in 1945 cu ajutorul cristalografiei cu raze X.

OBTINEREA ANTIBIOTICELOR BETA-LACTAMICE

Se obtin pe trei cai:

biosinteza

semisinteza

sinteza

OBTINEREA PRIN BIOSINTEZA

Tehnologia obtinerii Penicilinei G, comuna in mare parte tuturor antibioticelor de biosinteza, cuprinde urmatoarele faze:

• Pregatire mediilor de cultura si sterilizarea lor
• Fermentatia biochimica
• Filtrarea solutiilor nutritive
• Separarea si purificarea penicilinelor

Pregatirea si sterilizarea mediilor

Mediile de cultura utilizate pentru cresterea microorganismelor producatoare de antibiotic trebuie sa contina hidrati de carbon, saruri minerale, surse de azot organic si anorganic, precursori si apa, toate intr-o proportie bine echilibrata, conform reactiei

Deoarece sterilizarea mediului de cultura se face cu abur direct, cantitatea de apa ce se adauga la prepararea mediului este mai mica cu o cantitate egala cu cea a aburului ce condenseaza in timpul sterilizarii.

Pregatirea mediilor de cultura se face in aparate destinate acestui scop, prevazute cu agitatoare, conducte pentru apa, serpentine de incalzire respective de racire. In aceste aparate se introduce apa, se incalzeste la 50-60ºC, apoi se adauga extractul de porumb -principala sursa de aminoacizi, si se fierbe timp de 30-60 min. Dupa aceasta, solutia se raceste la 50-60ºC si se adauga restul componentilor mediului in urmatoarea ordine: CaCO3, NH4NO3, Na2SO4, MgSO4, MnSO4, KH2PO4, ZnSO4, lactoza si glucoza. Uneori glucoza si lactoza se dizolva si se sterilizeaza separate, pentru a se evita formarea bazelor Schiff, prin reactia gruparilor carbonil din zaharuri cu gruparea aminica din aminoacizi.

Mediul astfel preparat se sterilizeaza direct in fermentator sau in instalatia de sterilizare formate din coloana de sterilizare, mentinator si racitor prin incalzire la 124-126ºC, mentinerea la aceasta temperatura 10-12 min. si apoi racire la 60-65ºC, temperatura la care mediul steril este trimis in fermentatorul intermediar si cel de regim. Procesul de sterilizare a mediului de cultura are o importanta deosebita deoarece fermentatia fiind aseptica, se impune distrugerea totala a oricaror forme vegetative de mocroorganisme, de fapt necesita temperature mai ridicate deoarece formele vegetative au rezistenta termica mai mare. Dar cresterea temperaturii declanseaza reactii de degradare a componentilor mediului de cultura, generand inhibatori ai procesului de biosinteza.

Cum degradarea mediului este favorizata mai mult de factorul timp, iar sterilizarea de factorul temperatura, solutia optima se obtine prin conducerea procesului de sterilizare la temperatura mai ridicate la un timp mai scurt. Pentru aceasta se recomanda utilizarea unor instalatii care sa lucreze la temperature de 140-145ºC si care necesita un timp de sterilizare de cateva secunde.

Pentru a evita supraincalzirile si degradarea mediului, procesul de sterilizare este condus cu calculator analogic.

Fermentatia biochimica. Este etapa urmatoare in fluxul tehnologic ce se realizeaza in trei etape:

• fermentatia in inoculator
• fermentatia in intermediar
• fermentatia in regim, care corespund anumitor studii de dezvoltare a microorganismelor.

Astfel, in inoculator se realizeaza aclimatizarea microorganismelor la noile conditii de dezvoltare, in intermediar are loc acumularea de masa celulara, iar in regim se desavarseste procesul de crestere a masei celulare si de elaborare a penicilinei. Aceasta etapa este putin ideala deoarece elaborarea de penicilina incepe din intermediar, ca rezultat al distributiei varstelor microorganismelor. Eficacitatea procesului este determinat de urmatorii factori:

~conformatia genetica a tulpinii producatoare de penicilina;

~folosirea unui echilibru rational intre componentii mediului de cultura;

~dozarea corecta a raportului dintre glucoza si lactoza;

~dozarea corecta a precursorului;

~asigurarea necesara de substante minerale;

~ asigurarea necesara de oxigen;

~mentinerea temperaturii si a pH-ului la valorile prescrise.

Din datele existente in literatura se poate coincide ca pH-ul afecteaza vitezele reactiilor enzimatice, permeabilitatea membranelor celulare si gradul de ionizare a sarurilor; valoarea optima a pH-ului este cuprinsa intre 6,4-7,0.

Compozitia mediului de cultura are un rol hotarator in procesul de biosinteza deoarece, in dezvoltarea sa, microorganismele au nevoie de surse de hidrati de carbon, azot, substante minerale si precursori. Biosinteza unei molecule asa de complexe, ca penicilina, necesita un flux de energie din exterior; procesul de biosinteza a penicilinei fiind endoterm se poate realiza numai daca se desfasoara simultan si procese de oxidare a hidrantilor de carbon care constituie sursa principala de energie.

Prezenta substantelor minerale este vitala in procesul de crestere a masei celulare, deoarece ele efectueaza direct permeabilitatea membranei celulare si echilibrul ionic si activeaza sisteme enzimatice.

Procesul de biosinteza a penicilinei fiind aerob, alimentarea cu oxigen este unul din factorii decisive, iar dizolvarea acestuia trebuie realizata cu o astfel de viteza, incat sa asigure necesarul de oxigen pentru viteza maxima de crestere a masei celulare. Pentru intensificarea procesului de dizolvare a oxigenului in lichidul de cultura, se recomanda barbotarea aerului si agitarea mediului cu agitatoare mecanice care disperseaza bulele de aer si intensifica transferul de masa.

Dirijarea procesului de biosinteza spre o anumita penicilina se face cu ajutorul unor substante ce constituie catena laterala a penicilinelor si poarta numele de 'precursori'. Pentru Penicilina G se utilizeaza ca precursori fenilacetamina sau acidul fenaldic, iar pentru Penicilina V acidul fenoxiacetic. Precursorii se adauga in portiuni, deoarece in concentratii mai mari de 0.1-0.2% sunt toxici pentru microorganismul producator de penicilina.

Filtrarea solutiei rezultate la fermentatie urmareste separarea micelului prin filtrare pe filtrul tambur de vid, iar solutia rezultata se raceste la 3-5C, dupa care se depoziteaza in rezervorul de asteptare, de unde este trimisa la extractii.

Separarea si purificarea penicilinelor.

Pentru realizarea extractiei penicilinelor din solutie apoasa au fost studiate diferite tipuri de extractoare dintre care s-au detasat extractoarele centrifugale orizontale si cele verticale.

Avantajele constructive si performante in extractie de extractoare orizontale au fost factorii decisivi care au determinat alegerea acestora pentru activitatea industriala.

In aceste conditii echilibrul de baza la extractia penicilinei cu acetat de butil depinde numai de temperatura si de pH.

Intr-un studiu mai recent se recomanda ca extractia penicilinei din solutie apoasa rezulta de la fermentatie. In solutia apoasa, penicilina este extrasa in acetat de butil, iar extractul organic se trateaza cu acetat de potasiu sau cu carbonat de potasiu. Penicilina sare precipitata se filtreaza si se spala cu butanol si cloroform. Solventii se recircula iar penicilina sare se dizolva in apa, se purifica cu carbune activ, dupa care se anhidrizeaza prin distilarea apei sub forma de azeotrop cu butanol, la un vid 4-6 mm Hg. Produsul solid obtinut se caracterizeaza prin puritate foarte mare si activitate biologica, conform normelor in farmacopee.

Penicilina V se obtine prin aceleasi tehnologii ca si Penicilina G, diferentiate nesimnificativ constand in faptul ca la fermentatie se utilizeaza ca precursori acid fenoxiacetic, iar extractia se realizeaza in doua faze. Aceasta este posibil intrucat Penicilina V de acid este foarte putin solubila in apa, astfel incat dupa reextractie in apa si acidulare cu acid sulfuric diluat produsul precipita. Penicilina V separata se filtreaza, se purifica din solventi si se usuca la 35-40C, sub un vid de 100-200 bar.